(57)【要約】【課題】受光感度が高く近距離でも死角が発生しないコンパクトなスキャニング型レンジセンサを提供する。【解決手段】スキャニング型レンジセンサにおいて、水平環状の透明窓を形成したアウターカバー１と、アウターカバー１の内側の円筒状回転体１０と、円筒状回転体１０の光学レンズ１２付き受光窓１１と、アウターカバー１と円筒状回転体１０との間の投光器３と、円筒状回転体１０の内面のミラー５，６で投光器３からの光を円筒状回転体１０の回転軸線方向に導く光学系と、円筒状回転体１０の内側領域で円筒状回転体１０の回転軸線に一致させて円筒状回転体１０とは別体に固定配置すると共に距離演算回路２７に接続した受光器２５と、円筒状回転体１０の回転軸線上の受光ミラー３１及び投光ミラー３０とを配設する。【選択図】図１
2005055226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光器から被投射体に向けてスキャニングした光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、
レーザやＬＥＤなどを光源とする投光器と、
前記投光器とは別体であって回転駆動される回転体と、
前記回転体に回転駆動力を与えるステータおよび静止軸と、
前記回転体の回転位置を検出する回転位置検出器と、
前記投光器からの光を前記回転体の回転軸線上に導く光学系と、
前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の一方壁面に固定された投光ミラーと、
前記回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置され、かつ、信号線により距離演算回路に接続された受光器と、
前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の他方壁面に固定された受光ミラーとを備え、
前記投光器から出た光を前記光学系によって前記回転軸の回転軸線上に導いて前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサ。
【請求項２】
前記回転体を一方向に連続的に回転させることを特徴とする請求項１記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項３】
前記回転体を所定角度範囲で往復回動させることを特徴とする請求項１記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項４】
前記回転位置検出器が、回転角検出用レゾルバであることを特徴とする請求項１に記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項５】
前記静止軸の外周面には前記回転体を回転自在に支持する軸受を有し、前記回転体の外周面の一部には円環状にマグネットが固定配置され、該マグネットの外周側に対向配置されたステータとによりモータ部が構成されると共に、
前記静止軸には中空貫通孔が設けられ、前記受光器および前記回転位置検出器から出力された信号線が該中空貫通孔を通って前記距離演算回路に接続されたことを特徴とする請求項１に記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項６】
投光器から被投射体に向けてスキャニング投射した光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、
周壁の一部に水平環状の透明窓を形成した固定式のアウターカバーと、前記アウターカバーの内側に配設されモータで回転する円筒状回転体と、前記透明窓と同じ高さで前記円筒状回転体の周壁の一部に形成され、被投射体からの反射光を前記透明窓を通して前記円筒状回転体内に導入する光学レンズ付き受光窓と、
前記アウターカバーと前記円筒状回転体との間に配設したレーザやＬＥＤなどを光源とする投光器と、
前記円筒状回転体に回転駆動力を与えるステータおよび静止軸と、
前記円筒状回転体の回転位置を検出する回転位置検出器と、
前記円筒状回転体の内面に配設したミラーで構成され、前記投光器からの光を前記円筒状回転体の回転軸線上に導く光学系と、
前記円筒状回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の外面に固定された投光ミラーと、
前記円筒状回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置され、かつ
、信号線により距離演算回路に接続された受光器と、
前記円筒状回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の内面に固定された受光ミラーとを備え、
前記投光器から出た光を前記光学系によって前記回転軸の回転軸線上に導いて前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記透明窓を通して前記円筒状回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記透明窓及び光学レンズ付き受光窓を通して前記円筒状回転体内に導入し、さらに前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサ。
【請求項７】
前記円筒状回転体を一方向に連続的に回転させることを特徴とする請求項６記載のスキ
ャニング型レンジセンサ。
【請求項８】
前記円筒状回転体を所定角度範囲で往復回動させることを特徴とする請求項６記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項９】
前記回転位置検出器が、回転角検出用レゾルバであることを特徴とする請求項６に記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項１０】
前記静止軸の外周面には前記回転体を回転自在に支持する軸受を有し、前記回転体の外周面の一部には円環状にマグネットが固定配置され、該マグネットの外周側に対向配置されたステータとによりモータ部が構成されると共に、前記静止軸には中空貫通孔が設けられ、前記受光器および前記回転位置検出器から出力された信号線が該中空貫通孔を通って前記距離演算回路に接続されたことを特徴とする請求項６に記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項１１】
投光器から被投射体に向けてスキャニング投射した光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、
回転体、静止軸およびステータにより構成されるモータと、
前記回転体に連結固定された円筒状回転体と、
前記円筒状回転体の周壁の一部に形成され、被投射体からの反射光を前記円筒状回転体内に導入する光学レンズ付き受光窓と、
前記円筒状回転体の内側領域で円筒状回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置され、かつ、信号線により距離演算回路に接続された受光器と、
前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の内方壁面に固定された受光ミラーと、
前記静止軸の一端近傍に配置固定された、レーザやＬＥＤなどを光源とする投光器と、
前記投光器からの光を前記円筒状回転体の回転軸線上に導くハーフミラーと、
前記円筒状回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の外方壁面に固定された投光ミラーと、
前記ハーフミラーで反射した光を前記円筒状回転体の回転軸線に沿って前記投光ミラーまで導くために前記円筒状回転体と受光ミラーにそれぞれ形成された光透過孔とを備え、
前記投光器から出た光を前記ハーフミラーによって前記円筒状回転体の回転軸線上に導いて前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記円筒状回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記光学レンズ付き受光窓を通して前記円筒状回転体内に導入し、さらに前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサ。
【請求項１２】
前記静止軸には中空貫通孔が設けられ、前記受光器および前記回転位置検出器から出力された信号線が該中空貫通孔を通って前記距離演算回路に接続されたことを特徴とする請求項１１に記載のスキャニング型レンジセンサ。
【請求項１３】
投光器から被投射体に向けてスキャニングした光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、
回転駆動される回転体と、
前記回転体に回転駆動力を与えるステータおよび静止軸と、
前記回転体の回転位置を検出する回転位置検出器と、
レーザやＬＥＤなどを光源とし、前記回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置された投光器と、
前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の一方壁面に固定された投光ミラーと、
前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の他方壁面に固定された受光ミラーと、
前記回転体とは別体に配設され信号線により距離演算回路に接続された受光器と、
前記受光ミラーからの反射光を前記受光器に導く光学系とを備え、
前記投光器から出た光を前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスキャニング型レンジセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転ミラーを使用して全周３６０度にわたって光軸を振るスキャニング型レンジセンサとしては図５と図６に示す２つの構造が知られている。いずれもミラーの光軸とミラーを回転させるモータの軸を一致させた構造である。
【０００３】
図５は上下に共通の回転軸５１ａ，５１ｂを突出させた両軸のモータ５２を使い、一方の軸５１ａに投光ミラー５３、他方の軸５１ｂに受光ミラー５４を互いに同位相で取付けた構造である。この構造は投光光学系と受光光学系が完全に分離されるため、投光光学系から受光光学系への光の回り込みが少なく、また投受光窓６３内面からの表面反射や投受光窓６３についたごみなどの反射光が受光器５６に入る心配が少ないのでセンサ感度を上げることができる。なお、図５で５５は投光器、５６は受光器、５７と５８はレンズである。
【０００４】
図６は回転軸５１ｃを上向きに突出させたモータ５２を使い、この回転軸５１ｃに投受光兼用ミラー５９を取付けた構造である。投光器５５から出た光はレンズ６０を通りハーフミラー６１で下方に反射され投受光兼用ミラー５９に入る。反射光は投受光兼用ミラー５９で上方に反射されハーフミラー６１を透過しレンズ６２を通り受光器５６に入る。この構造は投光ミラーと受光ミラーを同軸にしているので近距離でも死角が無く、かつ一方向に投受光ミラーが配置されるため取り付けの柔軟性が高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図５の構造では以下の欠点がある。
１）投光ミラー５３と受光ミラー５４との間にモータ５２が入るため、投光と受光の光軸間距離が必然的に大きくなる。従って、近距離では反射光が受光器５６に入らず死角が発生する。
２）光学系の中心がセンサの中心となり、かつ縦方向に長いため取り付けに制約が出る。特に背の低い装置に取り付ける場合、外に張出す部分が大きくなる欠点がある。
【０００６】
また、図６の構造では以下の欠点がある。
１）投受光の光軸を一致させるためにハーフミラー６１を使用するが、ハーフミラー６１は光を分離するとき光量が１／２に低下する。そのため投光器５５のレーザのパワーや受光器５６のアンプ特性を図５の分離型に比べて全体で約４倍に引上げる必要がある。
２）投受光兼用ミラー５９を使用するため、投射光が投受光窓６３内面からの表面反射や投受光窓６３についたごみなどの反射光が投受光兼用ミラー５９とハーフミラー６１を経由して受光器５６に入るため、受光感度を高くすることができない。
【０００７】
本発明は斯かる実情に鑑み創案されたもので、その目的は（I）投光と受光の
光軸間距離を短くして近距離でも死角が発生しないようにすること、（II）投受
光ミラーを分離型にして投受光窓からの表面反射や投受光窓についたごみなどの反射光によるノイズを防止し受光感度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、投光器から被投射体に向けてスキャニングした光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、前記投光器とは別体であって回転駆動される回転体と、前記回転体に回転駆動力を与えるステータおよび静止軸と、前記回転体の回転位置を検出する回転位置検出器と、前記投光器からの光を前記回転体の回転軸線上に導く光学系と、前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の一方壁面に固定された投光ミラーと、前記回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置されかつ信号線により距離演算回路に接続された受光器と、前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の他方壁面に固定された受光ミラーとを備え、前記投光器から出た光を前記光学系によって前記回転軸の回転軸線上に導いて前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサに係るものである。
【０００９】
投光器は典型的にはレーザを光源とするが、光源としてはＬＥＤを使用すことも可能である。レーザは光芒の広がりが小さく、細い通路でも容易に光を通すことができるため、センサの形状は最小限の大きさに抑えることができる。レーザに代えてＬＥＤを使用する場合は高い周波数変調をかけることが可能なＬＥＤを採用するとよい。ＬＥＤはレーザと異なり光点が大きいため、安全上の理由からパワーに制約があるレーザよりも有利である。投光器からの光を回転体の回転軸線上に導く光学系は、ミラーに限らず光ファイバーなど任意の光学系を採用可能である。
【００１０】
被投射体までの距離計測の方式は特に限定されないが、ＡＭ変調方式が典型的である。このＡＭ変調方式はレーザ光やＬＥＤ光をある一定の周波数で変調し、変調した信号の位相と、被投射体から反射された光の位相との差から距離を求める方法である。すなわち、周波数ｆで変調された光が被投射体に当たって反射して帰ってきた場合、光の速度と距離により位相差φを持つ。その位相差φの値は光の速度ｃと距離Ｌに依存する。従って位相差φを検出することにより距離Ｌを求めることができるのである。従って、投射光をミラーにより水平旋回させ３６０度スキャニングすることにより二次元領域の距離計測ができる。本特許は基本的には二次元のレンジセンサとして使用可能であるが、投射光を３６０度スキャニングしつつ投光ミラーの上下方向角度を連続的に増減させることにより、三次元領域の距離計測も可能である。この三次元計測の場合は光を周囲空間に向けて例えば螺旋状にスキャニングする。
【００１１】
また本発明のより実際に近い適用形態においては、本発明は以下のように規定される。
周壁の一部に水平環状の透明窓を形成した固定式のアウターカバーと、前記アウターカバーの内側に配設されモータで回転する円筒状回転体と、前記透明窓と同じ高さで前記円筒状回転体の周壁の一部に形成され、被投射体からの反射光を前記透明窓を通して前記円筒状回転体内に導入する光学レンズ付き受光窓と、前記アウターカバーと前記円筒状回転体との間に配設したレーザやＬＥＤなどを光源とする投光器と、前記円筒状回転体に回転駆動力を与えるステータおよび静止軸と、前記円筒状回転体の回転位置を検出する回転位置検出器と、前記円筒状回転体の内面に配設したミラーで構成され前記投光器からの光を前記円筒状回転体の回転軸線方向に導く光学系と、前記円筒状回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の外面に固定された投光ミラーと、前記円筒状回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置されかつ信号線により距離演算回路に接続された受光器と、前記円筒状回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の内面に固定された受光ミラーとを備え、前記投光器から出た光を前記光学系によって前記回転軸の回転軸線上に導いて前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記透明窓を通して前記円筒状回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記透明窓及び光学レンズ付き受光窓を通して前記円筒状回転体内に導入し、さらに前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサである。
【００１２】
前述のように投光器をアウターカバーの内側に配置し、投光器から出た光をアウターカバーの内面のミラーで反射させて回転体の投光ミラーに回転軸線方向から入射させると、投光光学系と受光光学系が完全分離型となり、投光光学系で発生した反射光が受光光学系に入ることがなく、受光感度アップにとって有利な構成となる。また、３６０度スキャニングによる二次元または三次元領域の距離計測では光のスキャン角度を正確に検出することが必要であるが、本発明は円筒状回転体に回転角検出用レゾルバのロータを付設し、レゾルバのステータは受光器と共通に支持する。これにより円筒状回転体の正確な回転角度が検出され、しかも円筒状回転体には電気が不要なミラーなどの光学要素とレゾルバのロータしかなく、レンジセンサの耐久性と信頼性を大きく向上させることができる。
【００１３】
また本発明の別の適用形態においては、本発明は以下のように規定される。
投光器から被投射体に向けてスキャニング投射した光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、回転体、静止軸およびステータにより構成されるモータと、前記回転体に連結固定された円筒状回転体と、前記円筒状回転体の周壁の一部に形成され、被投射体からの反射光を前記円筒状回転体内に導入する光学レンズ付き受光窓と、前記円筒状回転体の内側領域で円筒状回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置しかつ信号線により距離演算回路に接続された受光器と、前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の内方壁面に固定された受光ミラーと、前記静止軸の一端近傍に配置固定された、レーザやＬＥＤなどを光源とする投光器と、前記投光器からの光を前記円筒状回転体の回転軸線上に導くハーフミラーと、前記円筒状回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の外方壁面に固定された投光ミラーと、前記ハーフミラーで反射した光を前記円筒状回転体の回転軸線に沿って前記投光ミラーまで導くために前記円筒状回転体と受光ミラーにそれぞれ形成された光透過孔とを備え、前記投光器から出た光を前記ハーフミラーによって前記円筒状回転体の回転軸線上に導いて前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記円筒状回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記光学レンズ付き受光窓を通して前記円筒状回転体内に導入し、さらに前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサ。
【００１４】
以上の構成ではハーフミラーを使用するため受光感度が少し低くなるが、投受光を分離しているので投射光の内向き反射成分が受光器に入り込むおそれがない。
また投光器は円筒状回転体の内部に配設できるのでレンジセンサをさらにコンパクトなものにすることができる。さらに、アウターカバーの内側にミラーを取付けずに済むのでレンジセンサの高さをいっそう低くできる。
【００１５】
本発明のさらに別の適用形態においては、本発明は以下のように規定される。
投光器から被投射体に向けてスキャニングした光の反射光を距離演算回路に接続した受光器で受光して前記被投射体までの距離を演算するようにしたスキャニング型レンジセンサにおいて、回転駆動される回転体と、前記回転体に回転駆動力を与えるステータおよび静止軸と、前記回転体の回転位置を検出する回転位置検出器と、レーザやＬＥＤなどを光源とし、前記回転体の回転軸線に一致させて前記静止軸の一端近傍に固定配置された投光器と、前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の一方壁面に固定された投光ミラーと、前記回転体の回転軸線上に所定角度で傾斜して前記回転体の他方壁面に固定された受光ミラーと、前記回転体とは別体に配設され信号線により距離演算回路に接続された受光器と、前記受光ミラーからの反射光を前記受光器に導く光学系とを備え、前記投光器から出た光を前記投光ミラーに入射させ、前記投光ミラーで反射した光を前記回転体の半径方向外方空間に向けて投射し、前記半径方向外方空間の被投射体からの反射光を前記受光ミラーで反射させて前記受光器に導入し、前記距離演算回路で前記被投射体までの距離を演算するようにしたことを特徴とするスキャニング型レンジセンサ。
【００１６】
以上の構成は［０００８］または［００１１］に記載のスキャニング型レンジセンサの投光器と受光器の配置関係を入替えただけのものであり、作動原理はまったく同じである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、（１）投光ミラーと受光ミラーを完全に分離しているため、光の回り込みや投受光窓の内面の汚れ等による不要反射が防げ、受光感度を最大限に上げることができる。特にレーザでスキャニングする場合は人の目の安全を確保するために投光器の光源パワーは規定値以上に大きくすることができないという事情があるから、同一パワーの光源でセンシング距離を長くできることは大きな意義がある。（２）また投光軸と受光軸を近接させることができるため、近距離での死角は実用上問題が無い距離まで短くできる。（３）受光器に臨んで投光ミラーと受光ミラーが回転体の回転軸線上において同一側にあるため設置上の柔軟性が高い。特に背丈の低いロボットや無人搬送車（ＡＧＶ）の場合、図のようにセンサの先端の部分だけを少し出すだけで全方向の対象物の位置を検出することができる。従って掃除機ロボットなどが椅子やテーブルの下を自由に動き回るためには有効な形状といえる。（４）可動部分である回転体に配設する必要があるのは投光ミラーや受光ミラーなどの光学要素と回転角検出用の例えばレゾルバのロータのみであり、電気部品は一切取付ける必要はない。このため信頼性の高い設計が可能でありメンテナンスも容易である。（５）スキャニングセンサに必要な光学系および受光器をモータ内部に効率良く配置したことにより、非常に小型でコンパクトなセンサを実現した。（６）受光器や回転位置検出器から出力された信号線をモータの静止軸内に設けられた中空貫通孔を通して外部にある距離演算回路に導く為、従来に比較して著しく小型でコンパクトな外径形状を実現した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１〜図３は発明を実施する形態の一例であって、図１で１は縦型円筒状のアウターカバー１であって、このアウターカバー１の中にスキャニング型レンジセンサの本体が格納される。本発明のスキャニング型レンジセンサを警備ロボットや掃除ロボットなどに使用する場合は、このアウターカバー１がこれらロボットの頭頂部に搭載されることになる。アウターカバー１は樹脂など適当な材料で構成され、その周壁の高さ方向中央位置よりも少し上方位置に、図１および図２に示すように水平環状で上下方向に一定幅を有する透明窓２が形成されている。この透明窓２はアウターカバー１の主材料とは別の透明帯状部材を継ぎ目なく円環状に形成してこの透明窓の位置に嵌合するか、あるいはアウターカバー１自体を透明材料で一体形成して透明窓以外の部分を塗装する方法で形成することができる。なお、アウターカバー１全体を透明にして透明窓の領域を全体に広げた構成とすることも可能であるが、その場合は受光器に無用な外光が入らないように念のために対策するとよい。
【００２０】
アウターカバー１の内部には、図１に示すように、アウターカバー１の周壁内面に接する位置に垂直上向きに光を投射する投光器３が配設されている。この投光器３はレーザやＬＥＤなどを光源とするものである。投光器３の上端にはビーム径を一定にする光学レンズ４が配設されている。アウターカバー１の天板１ａの内面には、投光器３の真上に位置する第１ミラー５が固定され、同じ天板１ａの内面中心位置には、第２ミラー６が固定されている。これらミラー５，６は垂直から第１ミラー５は右約４５度、第２ミラー６は左約４５度に傾斜して配設されている。
【００２１】
アウターカバー１の内部には、図１でやや右方に偏心して縦型円筒状回転体１０が配設されている。この円筒状回転体１０は樹脂など適当な材料で構成され、その周壁の高さ方向ほぼ上端位置に円形の受光窓１１が形成されている。この受光窓１１には光軸を円筒状回転体１０の半径方向に整合させた光学レンズ１２が嵌合されている。円筒状回転体１０の下部は縮径されて回転体下端部１０ｂとされている。一方、アウターカバー１の底部にはその軸線を上下方向に一致するようにモータ１５が配設されている。このモータ１５は、巻線コイルとコアからなるステータ１５ａと、このステータ１５ａを内周面に固定する円筒部１６と、この円筒部１６の内側底面をなしアウターカバーの底部と平行に配置された底板部１７と、この底板部１７の中心に形成されたモータ静止軸１９と、この静止軸１９の上端に固定された水平な円板部２０とで構成されている。また該モータ静止軸１９の内部には上下に貫通する中空貫通孔１８が設けられている。
【００２２】
モータ静止軸１９の外径面には軸受２１内周面が嵌合固定され、この軸受２１の外周面に前記円筒状回転体１０の回転体下端部１０ｂの内径面が回転自在に嵌合固定されている。軸受２１は例えばボール軸受または滑り軸受で構成する。また、回転体下端部１０ｂの外径面にはステータ１５ａと僅かな隙間をあけて対向したマグネット２２が取付けられている。このモータ１５は、ステータにより発生された回転磁界に、円筒状回転体１０の下端外周部に配置されたマグネット２２が誘引されることにより、回転駆動力を発生させる。従ってこのモータは、ブラシレス直流モータでも、同期モータ等でも良い。
【００２３】
円板部２０の上面中央には図１および図３に示すように受光器２５が配設されている。この受光器２５はフォトダイオードなどの光センサで構成され、この受光器２５に光学レンズ１２の焦点が合わされている。受光器２５は信号線（ハーネス）２６によってアウターカバー１の外部（警備ロボットや掃除ロボットの制御部）に配設した距離演算装置２６に接続されている。円板部２０の上面の受光器２５の回りには、円筒状回転体１０の回転角を精密検出するためにブラシレス型レゾルバ２８が配設されている。このレゾルバ２８はロータとしての円筒状回転体１０の内周面全周に形成した例えば４つの滑らかな輪郭を有する磁性体凹凸面２８ａに、円板部２０の上面外周囲に配設した巻線を有するレゾルバステータ２８ｂを相対させたもので、レゾルバステータ２８ｂと磁性体凹凸面２８ａとの間のパーミアンス変化により高精度の回転位置検出機能を有するものである。レゾルバ２８はロータリエンコーダなどに比べて構造が簡単であるため耐久性および信頼性に優れている。なおより簡便な回転位置検出器として円筒状回転体の1回転毎に一つのパルスを生じる機構、例えば低板部１７上のマグネット２２に近接する位置にホールセンサを設けることや、投射光の透明窓２の近傍一箇所に受光素子をおくことにより、一回転パルスを得て、これをＰＬＬにより分周することにより回転体の回転位置を検出する機構とすることも可能である。この場合はレゾルバ２８は不要となる。
【００２４】
円筒状回転体１０の天板部１０ａの中央部上下には、投光ミラー３０と受光ミラー３１が取付けられている。これら投光ミラー３０と受光ミラー３１は上下鉛直方向に対して左約４５度および右約４５度で傾斜配置されている。そして円筒状回転体１０の回転軸線上に沿って第２ミラー６から下向きに反射されて来た光が投光ミラー３０で反射されて円筒状回転体１０の半径方向外方に向けてほぼ水平方向に向けられるようになっている。一方、受光窓１１の光学レンズ１２を通して円筒状回転体１０内にほぼ水平方向に導入された光は、受光ミラー３１で鉛直下向きに向きを変えられ、受光器２５に焦合導入されるようになっている。
【００２５】
次に以上のように構成したスキャニング型レンジセンサの作動につき説明する。投光ミラー３０は円筒状回転体１０と共に高速回転しているので、投光器３から出て第１ミラー５および第２ミラー６を経由して投光ミラー３０で反射された光は、アウターカバー１の透明窓２を通して周囲空間全周３６０度に連続的に振り回されて周囲の被投射体を連続的にスキャニングする。被投射体で反射された光は透明窓２を通してアウターカバー１の内部に入り、受光窓１１の光学レンズ１２を通して受光ミラー３１にほぼ水平方向から入射する。その後、受光ミラー３１で鉛直方向下方に反射された光は受光器２５に焦合する。一方、受光器２５による光の受光時の円筒状回転体１０の回転角度に関する情報がステータ２８ｂで検出され、この情報と受光器２５による光の位相情報が信号線２６によって距離演算回路２７に送られる。距離演算回路２７は位相情報に基いて被投射体までの距離を演算すると共に、この距離とレゾルバ２８からの回転角度情報とを組合わせて平面二次元マップを作成する。これで円筒状回転体１０の回転軸線を中心とする周囲３６０度の被投射体の二次元分布ないし二次元輪郭が分かり、例えば警備ロボットや掃除ロボットの移動可能方向と距離を判断する基礎データが得られる。なおこの演算に必要な受光器２５からの出力信号とレゾルバ２８から出力される回転角度情報は、信号線２６に乗り、モータ静止軸１９内の中空貫通孔１８を通って距離演算回路２７に接続される。これらモータと光学系との効率的かつ密接な配置により、従来に比較して著しく外径形状が小さくコンパクトなスキャニング型レンジセンサを実現することができた。
【００２６】
次に、本発明の変形実施形態を図４に基づき説明する。この実施形態は投光器３を円筒状回転体１０の内部の円板部２０の上に配設したもので、ハーフミラー３５を使用しているためレーザを光源とする場合は安全上の出力制限との関係で受光感度を多少犠牲にせざるを得ないが、その代わりに図１のアウターカバー１の内面のミラー５，６を省略することが可能なため、上下方向高さをさらに低くできるという大きなメリットがある。図４ではハーフミラー３５で上方に反射させた光を、円筒状回転体１０の回転軸線に沿って受光ミラー３１の中心の極細の光透過孔３７と円筒状回転体１０の天板部１０ａの中心の極細の光透過孔３８を通して投光ミラー３６の下面に入射させている。投光ミラー３６は垂直から右方に約４５度傾斜しており、投光ミラー３６に真下から入手した光はほぼ水平方向に反射されて透明窓２から出ていくようになっている。その他の構成は図１と同じである。
【００２７】
この実施形態の場合、投光器３から出た光はハーフミラー３５、光透過孔３７、光透過孔３８、投光ミラー３６、透明窓２の経路で周囲空間に出ていき、被投射体から反射した光が透明窓２、光学レンズ１２、受光ミラー３１、ハーフミラー３５、受光器２５の経路で受光される。その後の二次元マップの作成は図１を参照して前述した通りである。
【００２８】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明のスキャニング型レンジセンサは前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば図1の投光器３をモータ１５のステータ１５ａの外周部にあるアルミニウム等の高い熱導電性を有する金属により構成された円筒部１６に接触配置することにより、投光器３の冷却を簡便に行う構造も実現可能である。また以上の実施形態ではモータは一方向に一定速度で回転することを想定していたが、所定角度の範囲内で往復運動する様にモータ１５の回転制御を行うことも可能である。この場合は、所定方向の外周延長方向に被投射体のみスキャニングするレンジセンサとなる。更にモータ１５の回転軸線を軸として、アウターカバー１を含むセンサ全体を所定周期で傾斜振動させること等により、上下鉛直方向の広範囲に渡る広角スキャニング（３次元スキャニング）を実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のスキャニング型レンジセンサの縦断面図。
【図２】本発明のスキャニング型レンジセンサの外観斜視図。
【図３】本発明のスキャニング型レンジセンサの円筒状回転体の横断面図。
【図４】本発明のスキャニング型レンジセンサの変形例の縦断面図。
【図５】従来のスキャニング型レンジセンサの一例の概念図。
【図６】従来のスキャニング型レンジセンサの他の例の概念図。
【符号の説明】
【００３０】
１    アウターカバー
１ａ  天板
２    透明窓
３    投光器
４    光学レンズ
５    第１ミラー（光学系）
６    第２ミラー（光学系）
１０  縦型円筒状回転体
１０ａ      天板部
１０ｂ      回転体下端部
１１  受光窓
１２  光学レンズ
１５  モータ
１５ａ      ステータ
１６  円筒部
１７  底板部
１８  中空貫通孔
１９  モータ静止軸
２０  円板部
２１  軸受
２２  マグネット
２５  受光器
２６  信号線
２７  距離演算回路
２８  レゾルバ
２８ａ      磁性体凹凸面
２８ｂ      レゾルバステータ
３０  投光ミラー
３１  受光ミラー
３５  ハーフミラー
３６  投光ミラー
３７  光透過孔
３８  光透過孔
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ  回転軸
５２  モータ
５３  投光ミラー
５４  受光ミラー
５５  投光器
５６  受光器
５９  投受光兼用ミラー
６０,６２   レンズ
６１  ハーフミラー
６３  投受光窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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